Anomaly detection stands as a crucial aspect of time series analysis, aiming to identify abnormal events in time series samples. The central challenge of this task lies in effectively learning the representations of normal and abnormal patterns in a label-lacking scenario. Previous research mostly relied on reconstruction-based approaches, restricting the representational abilities of the models. In addition, most of the current deep learning-based methods are not lightweight enough, which prompts us to design a more efficient framework for anomaly detection. In this study, we introduce PatchAD, a novel multi-scale patch-based MLP-Mixer architecture that leverages contrastive learning for representational extraction and anomaly detection. Specifically, PatchAD is composed of four distinct MLP Mixers, exclusively utilizing the MLP architecture for high efficiency and lightweight architecture. Additionally, we also innovatively crafted a dual project constraint module to mitigate potential model degradation. Comprehensive experiments demonstrate that PatchAD achieves state-of-the-art results across multiple real-world multivariate time series datasets. Our code is publicly available.\footnote{\url{https://github.com/EmorZz1G/PatchAD}}


翻译:[translated abstract in Chinese] 异常检测是时间序列分析的关键方面之一,旨在识别时间序列样本中的异常事件。该任务的核心挑战在于如何在缺乏标签的情况下有效学习正常与异常模式的表征。此前研究多依赖基于重构的方法,限制了模型的表征能力。此外,当前多数基于深度学习的方法缺乏轻量化特性,这促使我们设计更高效的异常检测框架。本研究提出PatchAD——一种新颖的多尺度补丁型MLP-Mixer架构,利用对比学习进行表征提取与异常检测。具体而言,PatchAD由四个独立的MLP Mixers构成,完全采用MLP架构以实现高效轻量化设计。同时,我们创新性地设计了双投影约束模块以缓解潜在的模型退化问题。大量实验表明,PatchAD在多个真实多变量时间序列数据集上取得了最先进的性能。我们的代码已公开。\footnote{\url{https://github.com/EmorZz1G/PatchAD}}

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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